[發明專利]一種適用于5G毫米波通信的高增益漸變縫隙陣列天線

有效

• 申請號: 201710997579.7
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107634345B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 洪偉;劉鵬飛;朱曉維
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10;H01Q1/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

技術領域

本發明屬于毫米波天線技術領域，具體涉及一種適用于5G毫米波通信的高增益漸變縫隙陣列天線。

背景技術

當前移動通信業務發展迅猛，第五代通信系統(5G)的研究工作正在火熱研究中。目前來看，5G系統的頻段將包括高低兩個頻率部分，高頻段即毫米波波段的天線，是當前5G研究的重點領域。天線的帶寬和小型化等特性是天線設計關心的內容。天線的增益要求因使用的環境與場合而異，增益越大，傳輸距離越遠。而且較高增益的天線，對于提高系統的覆蓋范圍和抗干擾能力有相應幫助。漸變縫隙天線(TSA)因其寬帶、高增益的特性被廣泛應用于各類通信場景。另外，毫米波頻率時，便于加工且傳輸性能優良的基片集成波導(SIW)適合作為天線單元的饋電形式。對于新型應用場景，需要在給定的小空間尺寸的約束條件下，實現天線的寬帶和高增益等性能，天線設計已經成為該應用系統實現中的一個難題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種適用于5G毫米波通信40.5～43.5GHz的高增益漸變縫隙陣列天線。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種適用于5G毫米波通信的高增益漸變縫隙陣列天線，包括上層金屬、板材、下層金屬，所述上層金屬和下層金屬疊合在一起形成金屬層，所述上層金屬和下層金屬刻蝕在板材上，所述金屬層由微帶轉SIW結構、一分八T型SIW功分器、二階感性窗和TSA天線單元組成，所述一分八T型SIW功分器連接著微帶轉SIW結構，所述一分八T型SIW功分器具有8個輸出端口，所述二階感性窗的數量為8個分別位于8個輸出端口處，所述二階感性窗連接著TSA天線單元，所述微帶轉SIW結構的微帶線連接著西南微波2.4mm接頭，所述西南微波2.4mm接頭8固定在板材上。

進一步地，所述8個TSA天線單元中每個TSA天線單元10的兩側各有8個梳狀齒縫隙。

進一步地，所述8個梳狀齒縫隙呈等間距分布且長度呈等差數列分布。

進一步地，所述8個二階感性窗的SIW傳輸線上均設置有4個第一金屬過孔。

進一步地，所述32個第一金屬過孔相互之間的距離各不相同，通過對距離的優化，以達到對相位進行調整，使8個輸出端口盡量接近交叉反相。

進一步地，所述一分八T型SIW功分器內設置有9個第二金屬過孔用于調諧匹配。

進一步地，所述8個輸出端口的其中6個在相對應的二階感性窗之前各設置有2個第三金屬過孔用于控制進入輸出端口的能量的幅度大小。

進一步地，所述8個輸出端口中位于兩側的2個輸出端口沒有設置第三金屬過孔。

進一步地，所述8個TSA天線單元中除了位于中間的2個TSA天線單元外，對于其余6個TSA天線單元，相鄰的兩個單元的上下兩層金屬層位置相反印刷，對于一分八T型SIW功分器，其相鄰的兩個輸出端口的相位相反(相差180度)，除了最中間兩個端口的相位是相同的(相位差0度)，由對稱關系能夠看出相位相同，對于相位相反的端口，兩個TSA天線單元的左右兩片需要相反放置。例如：第一個TSA單元的左側輻射片在介質板的上層，右側輻射片在底層金屬層，那么第二個TSA單元的左側輻射片在介質板的底層，右側輻射片在上層金屬層，這樣兩個單元在遠場的輻射疊加，否則會相互抵消，不產生輻射。

進一步地，所述西南微波2.4mm接頭通過兩個螺釘固定在板材上。

本發明的設計原理：由于一分八T型SIW功分器固有的特性，功分器輸出端在中心頻率42GHz處相位差為180度，但在40.5～43.5GHz的邊頻上(即40.5GHz和43.5GHz)，相鄰兩個輸出端口的相位差不是180度，因此本發明利用二階感性窗可以對SIW傳輸線的相位進行調整的原理，對一分八T型SIW功分器輸出相位進行調整，使其在40.5～43.5GHz范圍內更接近180度，未加載二階感性窗時，相位差不是180度，會導致天線增益減小；通過二階感性窗的加載，天線的增益會增加，從而增加天線的增益和增益帶寬。

有益效果：本發明與現有技術相比，具備如下優點：

1、天線結構緊湊，能夠有效節約安裝空間；

2、天線帶寬較寬，覆蓋所需40.5～43.5GHz頻率范圍；

3、T型SIW功分器輸出端口金屬過孔的引入，引入了感性加載，調整功分器輸出相位，天線在寬頻范圍內增益較高，提高了天線的增益帶寬；

4、由于漸變縫隙陣列天線結構簡單，由2.4mm微波接頭直接饋電，方便設計和安裝。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明上層金屬示意圖；